1.本发明实施例涉及天线领域，特别涉及一种宽带可重构天线馈电网络。
背景技术：2.在现代微波通信领域，为了满足信息系统对多功能、超宽带、大容量的传输需求，就要逐渐增多信息传输子系统的数量，天线作为整个系统信号发射和接收的重要组件，其数量也会随之相应增加。
3.在这一背景下，d.h.schaubert等人在1983年提出了“可重构天线”的概念，通过改变天线的频率、极化和方向图中的一种或者多种参数，来实现天线的多种功能，从而能够对天线的工作状态随时进行调整。这样不仅能够减少雷达系统上天线的数量，减轻雷达系统特别是弹载系统的重量，还改善了系统天线阵列之间电磁兼容性能，有效缓解了天线数量对微波通信系统发展的制约。
4.极化可重构天线是可重构天线研究中的重点研究对象之一，它可以在有限的系统体积内提高空间自由度并获得更大的增益，从而可以极大地提高无线通信系统的传输速率和系统容量；在现代无线通信系统中，为了提高系统抗干扰能力，无线信道传输方式随时在发生变化，根据不同的信道传输特征及时调整天线极化有助于系统始终处于接收信号的最佳状态。另外，通过极化分集，极化可重构天线还可用来实现频率复用，从而提高系统容量。能够同时实现两种以上极化形式的极化可重构天线在频率复用、提高极化控制系统性能方面具有传统天线无可比拟的优越性。在卫星通信和雷达探测系统中，极化可重构可用来减少极化损耗。传统天线应用的极化方式有垂直极化、水平极化、+45
°
斜极化、
‑
45
°
斜极化、左旋圆极化和右旋圆极化等，其中前面四种极化属于线极化，后面两种是圆极化。典型的实现极化可重构天线的方法是：在辐射体和馈电网络之间使用pin二极管，通过控制二极管的导通和关断，改变天线的电场辐射方向，实现垂直/水平双极化、左/右旋圆极化等多种极化方式的可重构功能。
5.但是目前的极化可重构天线受结构限制，具有难以实现多极化、宽频带以及电路复杂等缺陷。
技术实现要素：6.本发明实施例提供了一种宽带可重构天线馈电系统，包括：
7.功分器，用于将输入信号分成两路子信号；
8.定向耦合器组件，包括第一定向耦合器和第二定向耦合器，所述第一定向耦合器与第二定向耦合器均与所述功分器的两个信号输出端相连，以用于接收对应的所述子信号，所述第一定向耦合器与第二定向耦合器同时与信号输出端口相连，用于输出信号；
9.分支线式加载型移相器，用于产生宽带微带线45
°
相位差，与定向耦合器组合使用；
10.二极管组件，其包括多个二极管，所述多个二极管至少与所述第一定向耦合器和
第二定向耦合器相连；以及
11.控制器，其至少与所述多个二极管相连，以通过控制所述多个二极管的导通或断开调整所述第一定向耦合器和第二定向耦合器的端口反射系数，使所述第一定向耦合器和第二定向耦合器分别形成目标移相器。
12.作为一实施例，所述第一定向耦合器及第二定向耦合器均具有用于增加带宽的矩形缺陷地结构。
13.作为一实施例，所述第一定向耦合器包括第一端口、第二端口、第三端口及第四端口，所述第一端口与第二端口位于所述第一定向耦合器的第一侧，所述第一端口与所述功分器的一所述信号输出端相连，所述第二端口与网络信号输出端口相连，所述第三端口与第四端口位于所述第一定向耦合器的第二侧，并分别与所述多个二极管连接，以具有相同反射系数，所述第一定向耦合器的反射功率在所述第一端口相抵消，并在所述第二端口处叠加输出；
14.所述第二定向耦合器与所述第一定向耦合器的设置结构及连接关系相同，所述第二定向耦合器与所述第一定向耦合器镜像对称设置。
15.作为一实施例，所述第一定向耦合器与第二定向耦合器的第三端口的引出线上均连有第一二极管组件，其包括依次连接的第一二极管、第二二极管及第三二极管，所述第四端口的引出线上均连有第二二极管组件，其包括依次连接的第四二极管、第五二极管及第六二极管，所述第一定向耦合器与第二耦合器的第二端口分别通过一引线引出，形成所述信号输出端口。
16.作为一实施例，所述控制器通过控制所述二极管组件全部处于断开状态时，所述第一定向耦合器与第二定向耦合器的第三端口与第四端口的反射系数均为1，相位差均为0
°
，当所述控制器通过控制第一二极管导通而其他二极管处于断开状态时，所述第三端口与第四端口的反射系数均为
‑
1，相位差均为180
°
，所述第一定向耦合器与第二定向耦合器在所述控制器的控制下分别形成0
°
/180
°
移相器。
17.作为一实施例，所述第二二极管及第三二极管间均连有分支线移相器，两段分支线移相器的相位差为45
°
；所述控制器通过控制所述第一二极管及第三二极管处于断开状态而第二二极管处于导通状态，使得所述分支线移相器两端口的反射系数为1，相位差为90
°
，并通过控制所述第一二极管处于断开状态而第二二极管及第三二极管处于导通状态，使得所述分支线移相器两端口的反射系数为
‑
1，相位差为
‑
90
°
，进而使所述分支线移相器形成
±
90
°
移相器。
18.作为一实施例，所述控制器控制所有所述二极管全部处于断开状态时，所述第一定向耦合器与第二耦合器的第二端口分别与一所述信号输出端口相连，所述信号输出端口形成水平极化端口；
19.所述控制器控制所述第二二极管、第三二极管、第五二极管及第六二极管处于断开状态，并控制所述第一二极管及第四二极管处于导通状态时，所述信号输出端口形成垂直极化端口。
20.作为一实施例，所述控制器控制所述第一二极管、第三二极管、第四二极管及第六二极管处于断开状态，并控制所述第二二极管及第五二极管处于导通状态时，所述信号输出端口形成左旋圆极化端口；
21.所述控制器控制所述第一二极管及第四二极管处于断开状态，并控制所述第二二极管、第三二极管、第五二极管及第六二极管处于导通状态时，所述信号输出端口形成右旋圆极化端口。
22.作为一实施例，所述信号输出端口与双极化天线相连。
23.本发明另一实施例同时提供一种电子设备，包括如上所述的宽带可重构天线馈电系统。
24.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
25.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
26.图1为本发明实施例中宽带可重构天线馈电网络的电路结构示意图。
27.图2为本发明实施例中的定向耦合器用作移相器的原理图。
28.图3为本发明实施例中的水平极化端口的s参数图。
29.图3a为本发明实施例中的水平极化端口的相位差图。
30.图4为本发明实施例中的垂直极化端口的s参数。
31.图4a为本发明实施例中的垂直极化端口的相位差图。
32.图5为本发明实施例中的左旋圆极化端口的s参数图。
33.图5a为本发明实施例中的左旋圆极化端口的相位差图。
34.图6为本发明实施例中的右旋圆极化端口s参数图。
35.图6a为本发明实施例中的右旋圆极化端口相位差图。
36.附图标记：
[0037]1‑
功分器；2
‑
第一定向耦合器；3
‑
第二定向耦合器；4
‑
第一端口；5
‑
第二端口；6
‑
第三端口；7
‑
第四端口；8
‑
信号输入端口；9
‑
信号输出端口1；10
‑
信号输出端口2；11
‑
第一二极管；12
‑
第二二极管；13
‑
第三二极管；14
‑
第四二极管；15
‑
第五二极管；16
‑
第六二极管；17、18
‑
分支线移相器
具体实施方式
[0038]
下面，结合附图对本发明的具体实施例进行详细的描述，但不作为本发明的限定。
[0039]
应理解的是，可以对此处公开的实施例做出各种修改。因此，下述说明书不应该视为限制，而仅是作为实施例的范例。本领域的技术人员将想到在本公开的范围和精神内的其他修改。
[0040]
包含在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且与上面给出的对本公开的大致描述以及下面给出的对实施例的详细描述一起用于解释本公开的原理。
[0041]
通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本发明的这些和其它特性将会变得显而易见。
[0042]
还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本发明进行了描述，但本领域技术人
员能够确定地实现本发明的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。
[0043]
当结合附图时，鉴于以下详细说明，本公开的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。
[0044]
此后参照附图描述本公开的具体实施例；然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是本公开的实例，其可采用多种方式实施。熟知和/或重复的功能和结构并未详细描述以避免不必要或多余的细节使得本公开模糊不清。因此，本文所公开的具体的结构性和功能性细节并非意在限定，而是仅仅作为权利要求的基础和代表性基础用于教导本领域技术人员以实质上任意合适的详细结构多样地使用本公开。
[0045]
本说明书可使用词组“在一种实施例中”、“在另一个实施例中”、“在又一实施例中”或“在其他实施例中”，其均可指代根据本公开的相同或不同实施例中的一个或多个。
[0046]
下面，结合附图详细的说明本发明实施例。
[0047]
图1为本发明实施例中的宽带可重构天线馈电系统的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供了一种宽带可重构天线馈电系统，包括：
[0048]
功分器1，用于将输入信号分成两路子信号；
[0049]
定向耦合器组件，包括第一定向耦合器2和第二定向耦合器3，第一定向耦合器2与第二定向耦合器3均与功分器1的两个信号输出端相连，以用于接收对应的子信号，第一定向耦合器2与第二定向耦合器3同时与信号输出端口相连，用于输出信号；
[0050]
分支线式加载型移相器，用于产生宽带微带线45
°
相位差，与定向耦合器组合使用；
[0051]
二极管组件，其包括多个二极管，多个二极管至少与第一定向耦合器2和第二定向耦合器3相连；以及
[0052]
控制器，其至少与多个二极管相连，以通过控制多个二极管的导通或断开至少调整第一定向耦合器2和第二定向耦合器3的端口反射系数，至少使第一定向耦合器2和第二定向耦合器3分别形成目标移相器。
[0053]
本实施例是针对现有极化可重构技术难以实现多极化、宽频带以及电路复杂等缺陷提出的一种用于解决上述技术问题的宽带极化可重构天线馈电系统，其可使网络频段加宽，并具有通用性，能够给任何双极化形式的天线提供馈电，并且在x波段全波段表现出插入损耗小，极化切换速度快、相位差波动小的优异性能。而且，本实施例中的系统可使网络极化切换速度快，集成度高，满足微波通信系统工程使用要求。
[0054]
具体地，本实施例中的功分器1采用多节阻抗变换器级联的宽带wilkinson功分器1，该种功分器1在超宽频带的情况下仍具有一定的隔离度，可以将宽带信号，即输入信号，分成等幅同相的两路子信号。
[0055]
进一步地，为了增加第一定向耦合器2及第二定向耦合器3的带宽，本实施例中的两个定向耦合器均为加入了矩形缺陷地结构的三节分支线耦合器，通过利用缺陷地结构的高阻抗性可有效增加传输线的宽度，即增加带宽，至少可增加50％。
[0056]
进一步地，继续结合图1所示，本实施例中的第一定向耦合器2包括第一端口4、第二端口5、第三端口6及第四端口7，第一端口4与第二端口5位于第一定向耦合器2的第一侧，第一端口4与功分器1的一信号输出端相连，第二端口5与网络信号输出端口相连，第三端口
6与第四端口7位于第一定向耦合器2的第二侧，并分别与多个二极管连接，以具有相同反射系数，第一定向耦合器2的反射功率在第一端口4相抵消，并在第二端口5处叠加输出；第二定向耦合器3与第一定向耦合器2的设置结构及连接关系相同，第二定向耦合器3与第一定向耦合器2镜像对称设置，具体可参考如图1所示。
[0057]
具体地，如图2所示，第一定向耦合器2与第二定向耦合器3的第一端口4与第二端口5原为隔离臂，但是当第三端口6与第四端口7接入了二极管后，第一端口4与第二端口5便形成相同的反射系数γ，此时反射功率在第一端口4相消，而在第二端口5叠加输出。通过该种形式形成的定向耦合型移相器也称为反射型、混合型移相器，该移相器可作为第一端口4到第二端口5的一个二端口网络，其散射矩阵为[s
′
]，则有：
[0058]
s
′
11＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
1)
[0059]
s
′
21＝jγ＝j|γ|exp(jψ)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1
‑
2)
[0060]
当欲使天线馈电网络形成微波移相器时，控制器通过控制二极管组件全部处于断开状态时，第一定向耦合器2与第二定向耦合器3的第三端口6与第四端口7的反射系数均为1，相位差均为0
°
。当控制器通过控制第一二极管和第四二极管处于导通状态时，第三端口6与第四端口7的反射系数均为
‑
1，相位差均为180
°
，第一定向耦合器2与第二定向耦合器3在控制器的控制下分别形成0
°
/180
°
移相器。
[0061]
进一步地，第一定向耦合器2与第二定向耦合器3的第三端口6的引出线上均连有第一二极管11组件，其包括依次连接的第一二极管11、第二二极管12及第三二极管13，第四端口7的引出线上均连有第二二极管12组件，其包括依次连接的第四二极管14、第五二极管15及第六二极管16，第一定向耦合器2与第二耦合器的第二端口5分别通过一引线引出，形成信号输出端口。
[0062]
所述的信号输出端口与双极化天线相连。而为了方便二者的互联，本实施例中在信号输出端口均使用通用的sma接头，以使得信号输出端口可以与任意的双极化天线进行互联。
[0063]
进一步地，在另一实施例中的第二二极管12及第三二极管13间均连有分支线移相器17、分支线移相器18，第五二极管15和第六二极管16之间也均连有分支线移相器17、分支线移相器18，即，每个定向耦合器的两个均连有分支线移相器17或分支线移相器18。连有分支线移相器17的第一定向耦合器2与连有分支线移相器18的第二定向耦合器3的相位差为45
°
。控制器通过控制第一二极管11及第三二极管13处于断开状态而第二二极管12处于导通状态，使得分支线移相器17、18两端口的反射系数为1，相位差为90
°
，并通过控制第一二极管11处于断开状态而第二二极管12及第三二极管13处于导通状态，使得分支线移相器17、18两端口的反射系数为
‑
1，相位差为
‑
90
°
，进而使第一定向耦合器2与第二定向耦合器3形成
±
90
°
移相器。同理，控制器可依据上述控制方法同时控制第五二极管及第二六二极管断开或闭合，其中第五二极管对应第二二极管，第六二极管对应第三二极管，控制方式同上，具体不赘述。每个定向耦合器上下均为对称网络，具体可参考图1所示，图1中网络上下左右均为对称网络。
[0064]
本技术通过上述两个实施例实现定向耦合器和分支线移相器相结合，使通过控制二极管短/开路，分别使天线系统形成0
°
/180
°
/90
°
/
‑
90
°
移相网络。
[0065]
进一步地，控制器通过控制不同的二极管的运行状态，可使得天线系统的信号输
出端口形成不同类型的端口，实现天线系统的多极化效果，具体通过下述不同实施例进行详细说明：
[0066]
实施例一：
[0067]
被实施例中，控制器控制二极管全部反向偏置，以使全部二极管处于断开状态，此时第一，第二定向耦合器3分别形成定向耦合器型移相器，分别与两个定向耦合器型移相器相连信号输出端口19和2的相位差在
‑5°
到
‑
12
°
范围内，呈水平极化状态，其s参数和相位差可参考图3。在整个频段内，如x波段从8ghz到12ghz的频带内，信号输入端口8的反射系数s11小于
‑
12db，信号输入端口8分别到两个信号输出端口(包括信号输出端口19和信号输出端口210)的传输系数s21、s31在
‑
5db左右波动，达到了设计指标。
[0068]
实施例二：
[0069]
本实施例中，控制器控制各第二二极管12、第三二极管13、第五二极管15及第六二极管16处于断开状态，如反向偏置，并控制各第一二极管11及第四二极管14处于导通状态时，如正向偏置，此时第一、二定向耦合器分别形成定向耦合器型移相器，与该两个定向耦合器型移相器相连的信号输出端口19和端口2的相位差在174
°
到190
°
以内，信号输出端口形成垂直极化端口，即，端口处于垂直极化状态，其s参数和相位差可参考图4。在整个频段内，如x波段从8ghz到12ghz的频带内，信号输入端口8的反射系数s11小于
‑
10db，信号输入端口8分别到信号输出端口19和信号输出端口210的传输系数s21、s31在
‑
5db左右波动，达到了设计指标。
[0070]
实施例三：
[0071]
本实施例中，控制器控制各第一二极管11、第三二极管13、第四二极管14及第六二极管16处于断开状态，并控制各第二二极管12及第五二极管15处于导通状态时，此时定向耦合器型移相器(原理同实施例一和二)的信号输出端口19和端口2的相位差在82
°
到99
°
以内，信号输出端口形成左旋圆极化端口，即端口处于左旋圆极化状态，其s参数和相位差可参考图5。在整个频段内，如x波段从8ghz到12ghz的频带内，信号输入端口8的反射系数s11小于
‑
10db，信号输入端口8到信号输出端口19和端口2的传输系数s21、s31在
‑
6db左右波动，达到了设计指标。
[0072]
实施例四：
[0073]
本实施例中，控制器控制第一二极管11及第四二极管14处于断开状态，并控制第二二极管12、第三二极管13、第五二极管15及第六二极管16处于导通状态时。此时定向耦合器型移相器的信号输出端口19和端口2的相位差在
‑
82
°
到
‑
99
°
以内，信号输出端口形成右旋圆极化端口，端口处于右旋圆极化状态，其s参数和相位差可参考图6。在整个频段内，如x波段从8ghz到12ghz的频带内，信号输入端口8的反射系数s11小于
‑
10db，信号输入端口8到信号输出端口19和端口2的传输系数s21、s31在
‑
6db左右波动，达到了设计指标。
[0074]
通过上述各实施例，可使得本技术实施例中的宽带极化可重构天线馈电系统能使天线在如x波段从8ghz到12ghz的频带内快速切换垂直极化、水平极化、左旋圆极化和右旋圆极化的辐射信号，能够实现频率复用，提高天线系统容量。同时，网络电路损耗小、端口输出一致性高，有利于微波天线系统小型化、集成化的设计。
[0075]
进一步地，本发明另一实施例同时提供一种电子设备，包括如上所述的宽带可重构天线馈电系统。
[0076]
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。